利用内生细菌定殖提高农作物中PAHs降解基因的技术研究

The contaminations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) have been detected in water, air and soil. These PAHs are easily accumulated in the tissues of plants due to their high values of KOH. The high accumulation of PAHs has been detected in many crops, which poses great threats to individual organisms, food webs, and human health. One of the key ways to remove PAHs from environment is the biogradation of PAHs by microorganisms. Several highly PAH-degrading endophytic bacterium strains have been successfully isolated and colonized into plant tissues by our lab group. However, the PAH contents in plants were not always decreased by the inoculation of plants to highly degrading-PAHs endophytic bacteria as the results observed in vitro tests. It is important to understand the mechanisms involved in expression of PAH-degrading genes interior plant tissues for application of endophtic bacteria to protection against PAH contamination. In this project, the key factors and mechanisms involved in expression of PAH degrading gene will be evaluated and clarified with the molecular biology technology in vivo tests and in vitro tests. And the purpose is to provide an effective way for endophytic bacterium colonization technology. The results of this research will be applied to the endophytic bacterium colonization techonoly for protection against the contamiantion of POPs.

地表水、大气与土壤中均广泛存在多环芳烃（PAHs）污染。由于其具有较高的脂水分配系数，极易富集在植物体内。多种农作物中发现存在高PAHs污染。微生物降解PAHs是环境中PAHs去除的重要途径。本课题组已筛选了多株能高效降解PAHs的植物内生细菌，并已通过定殖将功能内生菌定殖到植物体内。但研究发现，功能内生菌株在农作物中定殖后，其定殖效果与体外培养试验结果存在差异。弄清影响PAHs降解基因在农作物内分布与表达的关键因素及其影响机理，有利于功能内生菌定殖技术在农业污染防治中的应用。本项目通过农作物体外试验与体内试验相结合的方法，利用分子生物学技术，探索影响降解基因在农作物中分布与表达的关键因素与影响机理；推荐有效的功能内生细菌定殖调控技术。项目研究成果可为内生菌定殖技术在农业持久性有机物污染防治中的应用提供理论依据与技术支持。

本项目筛选了多株功能植物内生细菌，可为多种农作物提供合适的功能植物内生菌株以降低农作物及其种植环境中的多环芳烃污染。部分功能植物内生菌株已送至中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏。菌株Enterobacter sp. PRd5已获得发明专利授权，专利号为ZL 2017 1 1000711.9。.通过农作物体外试验与体内试验相结合的方式，利用分子生物学技术，探索PAHs降解基因在农作物体内分布与表达的关键影响因素与影响机理，以完善功能内生菌-目标农作物定殖技术。主要研究内容包括：利用气相色谱-质谱技术分析功能内生菌降解PAHs过程中的主要中间产物，确定其PAHs降解途径；利用全基因组分析技术，分析了功能内生菌株的PAHs降解基因，绘制芘降解基因图谱；通过功能内生菌株定殖试验，研究功能菌株的PAHs降解基因在农作物体内的表达及其影响因素，分析菌株PAHs降解基因的表达及其与多环芳烃残留之间的关系；通过功能内生菌株与目标农作物进行定殖适配筛选试验，推荐筛选功能内生菌株的促生指标和PAHs降解效能指标，初步建立功能内生菌-目标农作物定殖适配筛选方法体系。.项目研究过程中发现芘代谢中间产物1-羟基-2-萘甲酸对功能内生菌芘降解基因表达存在显著影响，从而影响功能内生菌定殖的效能。拟通过多株功能内生菌构建功能菌群/补充小分子碳源/定殖适配试验等手段，希望找到进一步提高功能内生菌定殖降低农作物体内PAHs污染的途径。.通过该项目的实施，发表8篇科技论文（其中5篇SCI），获得1项发明专利授权，培养了6名硕士研究生。.综上所述，本项目研究成果为功能内生菌定殖的推广应用保护农产品安全提供了技术与理论依据。